Este disponibilă o corecție la acest articol

Acest articol a fost actualizat

Abstract

Este raportat un nou test care permite măsurarea frecării ciocolatei topite într-un model de contact de frecare a limbii-palatului. Fricțiunea a fost măsurată pe o perioadă de frecare de 150 s pentru o gamă de probe comerciale cu conținut diferit de cacao (85-5% g/g). Majoritatea curbelor de frecare au avut un model caracteristic: inițial se produce o creștere rapidă, deoarece topirea ciocolatei cu vâscozitate ridicată este forfecată în regiunea de contact, urmată de o scădere a fricțiunii pe măsură ce filmul se descompune. Excepțiile au fost foarte ridicate (85%) și foarte scăzute

5%) probe de conținut de cacao care au dat urme de frecare destul de constante în timpul testului. S-au observat diferențe în coeficienții inițiali de frecare maximă și finală, în funcție de compoziția de ciocolată. În general, frecarea maximă inițială a crescut odată cu creșterea conținutului de cacao. La sfârșitul testului, filmele frecate pe lamela inferioară au fost examinate prin microscopie optică și spectroscopie cu micro-reflexie în infraroșu. În calea frecată, structura ciocolatei a fost grav degradată și compusă în principal din picături de lipide, ceea ce a fost confirmat de spectrele IR. Noul test oferă o metodă de distincție între comportamentul de frecare al diferitelor formulări de ciocolată într-un contact de frecare la presiune scăzută. De asemenea, ne permite să identificăm modificările din pelicula de ciocolată degradată care poate fi legată de profilul de frecare. Este necesară dezvoltarea în continuare a metodei de testare pentru a îmbunătăți simularea contactului limbii-palatului, inclusiv efectul salivei și aceasta va fi următoarea etapă a cercetării.

Introducere

Percepția cremozității și netezimii este în primul rând legată de fricțiunea experimentată în contactul limbii-palatului în timpul masticării [1]. O gustare populară în care cremozitatea și netezimea sunt calități apreciate este ciocolata și dezvoltarea analogilor cu conținut scăzut de grăsimi/zahăr trebuie să satisfacă așteptările consumatorilor în acest sens. Una dintre problemele formulării unor astfel de produse este cuantificarea proprietăților senzoriale ale cremozității/netezimii în laborator într-un mod care se leagă de experiența consumatorului. Scopul acestei lucrări a fost de a dezvolta un test simplu de laborator care măsoară proprietățile de frecare ale ciocolatei într-un model de contact oral (limbă/palat) și să discrimineze între diferite produse. Se speră să se definească un test care va facilita dezvoltarea de noi produse și, de asemenea, va oferi informații despre mecanismele fundamentale ale procesării orale.

Ciocolata este un amestec solid de particule (solide de cacao, cristale de zahăr, solide din lapte) dispersate într-o fază continuă (în principal unt de cacao) [2]. Componentele suplimentare includ emulgatori (de obicei lecitina de soia) și uleiuri vegetale (de exemplu, karité, palmier). Conținutul de cacao (grăsimi și solide), zahăr și lapte sunt variate pentru a oferi o gamă largă de produse (de exemplu, întunecat, lapte, alb). Compoziția și definiția diferitelor tipuri de ciocolată și preferințele gustative variază de pe glob și fac obiectul unei intense dezbateri on-line. În UE, diferitele tipuri de ciocolată și compoziția lor permisă sunt definite în Directiva UE 2000/36/CE [3]. Acestea sunt rezumate în Tabelul 1.

Ciocolata este preparată printr-un proces combinat de amestecare (forfecare) și încălzire denumit de obicei „conchetă”, urmat de călire pentru a da produsul final [2]. Proprietățile rezultate ale fluxului în vrac ale ciocolatei au fost studiate pe larg prin reologie [4,5,6]; ciocolata topită este clasificată ca un fluid non-newtonian care prezintă puncte de randament și vâscozitate plastică [4,5,6]. Deși reologia este importantă în determinarea proprietăților de curgere pentru procesele de fabricație, nu este neapărat utilă în prezicerea sau explicarea diferitelor atribute de textură experimentate în timpul consumului [1]. Se consideră că, întrucât filmul din interfața limbă-palat este tuns și subțire, mecanismul tribologic mai degrabă decât reologia este cel care domină [1, 7,8,9].

Ciocolata ca material tribologic și efectul procesării orale asupra fricțiunii s-au dovedit dificil de studiat și au fost publicate foarte puține lucrări [7,8,9]. De obicei, ciocolata topită este introdusă într-un contact de alunecare și un coeficient de frecare măsurat pe o gamă sau valori de viteză sau sarcină. Probele de contact variază: polimer (PDMS)/polimer (PDMS) [8] sau polimer/ceramică [7, 9] au fost utilizate. În aceste lucrări [7,8,9], s-au studiat efectele compoziției de ciocolată și ale metodei de preparare asupra fricțiunii. Deși diferențele în valorile de frecare și răspunsul la schimbarea vitezei pentru diferitele compoziții de ciocolată au fost observate, nu era clar cum să relaționăm aceste tendințe cu atributele texturii de simțire a gurii.

Consumul de ciocolată este perceput (sau comercializat!) Pe scară largă ca o experiență auto-indulgentă, influențată de aromă și vâscozitate, dar dominată de percepția orală a cremosității și a netezimii [10]. Astfel, așteptările consumatorilor sunt mari, în special pentru mărcile mai scumpe. În consumul de ciocolată, există o serie de procese distincte: mușcătura și snap-ul inițial (dinte - ciocolată), măcinarea și amestecarea cu saliva (dinte - dinte) și prelucrarea finală (limba - palatul) înainte de înghițire [10]. Hoskin [2] enumeră o serie de proprietăți senzoriale asociate cu evaluarea ciocolatei și acestea includ: culoarea, aspectul suprafeței, ruptura, textura, aroma și gustul (dulceață/amărăciune). Dezvoltarea de rețete noi, de exemplu, cu conținut scăzut de grăsimi sau zahăr, trebuie să îndeplinească anticipația consumatorului de simțire a gurii și de satisfacție, cu toate acestea, produsul este consumat. În lucrarea curentă, accentul se pune pe procesul limbii-palatului, mai degrabă decât pe clipul inițial.

Compoziția fazei lipidice continue joacă un rol important în percepția texturii [10], deoarece produsul trebuie să fie solid la temperatura camerei și apoi să se topească rapid odată introdus în gură. Untul de cacao [11] este compus din trigliceride care conțin trei „cozi” de acizi grași atașați la coloana vertebrală a glicerolului. Cei mai comuni acizi grași (peste 95%) sunt acidul oleic (35% C18 nesaturat), acidul stearic (34% C18 saturat) și acidul palmitic (26% C16 saturat). Cea mai abundentă structură gliceridică (

În lucrarea anterioară [12], am subliniat dezvoltarea unui test pentru măsurarea fricțiunii într-un model de contact limbă/palat pentru iaurt. Un aspect important a fost abilitatea de a măsura schimbarea fricțiunii în timp, deoarece alimentele sunt defalcate în contactul de frecare, imitând astfel experiența alimentară. Testul a fost utilizat cu succes pentru a distinge produsele lactate cu conținut diferit de grăsimi și pentru a studia efectul umectării suprafeței (hidrofob/hidrofil) asupra modificărilor de frecare în timpul frecării [12]. Designul testului actual este ușor diferit, deoarece ciocolata este pre-topită pe lamela de sticlă. Specimenul superior, alternativ, este un disc plat de polimer. Configurațiile specimenului plat - plat sunt de obicei evitate în testarea tribologiei din cauza problemelor de nealiniere; totuși, în acest caz suprafața mai moale a PDMS s-a deformat sub sarcină pentru a da un contact uniform.

În lucrarea actuală, testul se aplică ciocolatei disponibile în comerț. O serie de solide din cacao și tipuri de ciocolată („familie” și „lux”) au fost alese ca exemple comerciale. Schimbarea fricțiunii a fost urmată de la inițierea frecării într-un model de contact limba-palat. La sfârșitul testului, materialul rămas în contactul frecat a fost examinat prin microscopie optică și spectroscopie în infraroșu. Această abordare ne permite să identificăm pierderea sau schimbarea componentelor și astfel să contribuim la fricțiunea finală experimentată.

Program experimental

Test de frecare

Noua metodă de testare HFRR folosește un disc plat PDMS (polidimetilsiloxan, model cu limbă) (grosime 5 mm, diametru 6 mm) încărcat și frecare pe o suprafață de sticlă inferioară staționară (modelul palatului). Această combinație de suprafețe moi/mai dure a fost utilizată în mai multe hârtii pentru a imita contactul limbii/palatului [13, 14]. O diagramă schematică este prezentată în Fig. 1a. Specimenul inferior este o lamă de microscop de sticlă prinsă pe blocul de încălzire cu temperatură controlată. Un termocuplu din blocul de încălzire a monitorizat temperatura. Eșantionul PDMS a fost lipit de suportul de probă HFRR superior, care este montat pe un arbore acționat într-o mișcare alternativă. Specimenul de sticlă inferior a fost preîncălzit la 35 ° C, care a fost menținut constant timp de 10 minute înainte de începerea testului. O cantitate mică (Fig. 1

fost utilizată

Diagrama schematică a configurației testului HFRR și imaginea probei de ciocolată. A Configurarea testului HFRR, b Fotografie a două probe de ciocolată pe o lamă de microscop de sticlă după testare (fundalul este hârtie texturată sub lamă de sticlă)

Mișcarea alternativă a fost apoi pornită și specimenul PDMS a fost încărcat pe sticlă (10 s după începerea reciprocității). Fricțiunea (timp de testare total de peste 150 s) a fost înregistrată de la aplicarea sarcinii. Condițiile de testare sunt rezumate în Tabelul 2. A fost utilizată o lungime a cursei de 1,5 mm, care oferă o viteză de alunecare de 30 mm s -1 în cea mai mare parte a ciclului într-un interval tipic pentru viteza limbii citat de Hiiemae și Palmer [15].

Pentru fiecare test a fost utilizată o nouă lamă de sticlă (curățată cu izopropanol). Specimenul superior a fost perforat dintr-o foaie PDMS (5 mm grosime) folosind un perforator de țesut biopsic cu diametrul de 6 mm. După fiecare test, acesta a fost șters și apoi curățat cu izopropanol, periodic discul a fost înlocuit. După test, suprafața PDMS a fost examinată, dar nu a existat niciun indiciu de deteriorare din cauza frecării. A fost utilizată o sarcină de 1 N, oferind o presiune de contact aproximativă de 30 kPa, care este comparabilă cu presiunile raportate în contactul limbă/palat [16].

Proiectarea testului a fost păstrată cât mai simplu posibil pentru a stabili premisa de bază a schimbării fricțiunii cu timpul de frecare. Efectul unui strat de salivă asupra frecării și degradării peliculei de ciocolată nu a fost investigat, dar va fi luat în considerare în viitor.

Specimene de ciocolată

Examinarea filmelor de ciocolată frecată

La sfârșitul testului, suprafața frecată pe lamela microscopului a fost examinată pentru a determina compoziția și morfologia filmului de ciocolată rămas. Exemple de probă de ciocolată frecată sunt prezentate în Fig. 1b. În regiunea centrală frecată, filmul este mult mai subțire, deoarece ciocolata s-a spart și unele componente au fost expulzate. Un microscop diferențial de interferență (DIC) a fost utilizat pentru a examina distribuția componentelor filmelor frecate și comparate cu imaginile de ciocolată înainte de frecare, eșantionate ca filme subțiri, topite. Microscopia DIC oferă o diferențiere îmbunătățită a componentelor cu contrast scăzut în comparație cu tehnicile normale de câmp luminos.

În unele teste, filmele frecate au fost preparate pe diapozitive de microscop acoperite cu aur, care au permis analiza prin spectroscopie de absorbție a reflecției micro infraroșii (Micro-IRRAS). Această tehnică a fost utilizată pentru a analiza compoziția organică a unor zone mici de pelicule frecate pe suprafețe metalice [18]. Un spectrometru Perkin Elmer Frontier FTIR echipat cu un microscop IR multiscop a fost utilizat pentru a lua spectre de reflecție (100 scanări, 4 cm -1) din zone mici (100 μm diametru) ale filmelor de ciocolată frecată. Toate spectrele au fost corectate inițial, netezite (12 puncte) și normalizate la o vârf de absorbție comună de 0,1 la

1730 cm −1. Mai multe detalii despre metodă sunt date în referința 18. Spectrele de film frecat au fost comparate cu probele de ciocolată proaspătă (nedespărțită) pentru a obține o indicație a pierderii componentelor în timpul testării de frecare.

Filmele frecate pe lamele aurii au prezentat caracteristici foarte asemănătoare cu cele formate pe sticlă și curbele de frecare au prezentat, de asemenea, aceleași forme caracteristice.

Rezultate si discutii

Rezultate de frecare

Rezultatele frecării reprezentate în funcție de timpul de frecare sunt prezentate în Fig. 2, 3, 4 și 5. În general, testele de frecare au fost foarte repetabile, iar acest lucru este prezentat în Fig. 2, unde sunt reprezentate trei teste diferite pentru White_A. Pentru toate celelalte cifre, curbele medii ale cel puțin trei teste sunt reprezentate grafic. Majoritatea eșantionului a prezentat aceeași formă generală a curbei de frecare-timp: o creștere inițială la un coeficient de frecare maxim după

10 s de frecare sub sarcină, urmată de o scădere până la o valoare de frecare finală stabilă. S-au observat diferențe în frecțiunea maximă atinsă și în valoarea de echilibru final. În toate cazurile, această valoare a fost atinsă în mai puțin de 120 de secunde.

Măsurători de frecare: testul se repetă cu White_A